Bottom-up de novo design of functional proteins with complex structural features

计算生物学 蛋白质设计 结构母题 合成生物学 生物 合理设计 支架蛋白 分子识别 信号转导 蛋白质结构 蛋白质工程 生物化学 细胞生物学 化学 遗传学 分子 有机化学
作者
Che Yang,Fabian Sesterhenn,Jaume Bonet,Eva A. van Aalen,Leo Scheller,Luciano A. Abriata,Johannes Cramer,Xiaolin Wen,Stéphane Rosset,Sandrine Georgeon,Theodore S. Jardetzky,Thomas Krey,Martin Fussenegger,Maarten Merkx,Bruno E. Correia
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:17 (4): 492-500 被引量:78
标识
DOI:10.1038/s41589-020-00699-x
摘要

De novo protein design has enabled the creation of new protein structures. However, the design of functional proteins has proved challenging, in part due to the difficulty of transplanting structurally complex functional sites to available protein structures. Here, we used a bottom-up approach to build de novo proteins tailored to accommodate structurally complex functional motifs. We applied the bottom-up strategy to successfully design five folds for four distinct binding motifs, including a bifunctionalized protein with two motifs. Crystal structures confirmed the atomic-level accuracy of the computational designs. These de novo proteins were functional as components of biosensors to monitor antibody responses and as orthogonal ligands to modulate synthetic signaling receptors in engineered mammalian cells. Our work demonstrates the potential of bottom-up approaches to accommodate complex structural motifs, which will be essential to endow de novo proteins with elaborate biochemical functions, such as molecular recognition or catalysis. Beginning with a functional site and building a supporting scaffold around it enables the de novo design of proteins with distinct binding motifs for use in biosensors to detect antibody responses and as ligands of synthetic signaling receptors.
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